Koaxialgetrϊebe
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Koaxialgetriebe, insbesondere Hohlwellengetriebe mit einem Antriebselement und einem Abtriebselement, wobei eine Übersetzung sowie eine Übertragung eines Antriebsmomentes zwischen Antriebselement und Abtriebselement über eine Mehrzahl von radial bewegbaren Zahnsegmenten erfolgt.
Stand der Technik
Herkömmliche Getriebe sind in vielfältiger Form und Ausführung im Markt bekannt und erhältlich. Nachteilig bei den herkömmlichen Koaxialgetrieben ist jedoch, dass diese sehr komplex aufgebaut sind und nur innere Wellen und Hohlwellen zulassen, die einen geringen Durchmesser im Verhältnis zum Gesamtdurchmesser des Getriebes aufweisen. Zudem sind herkömmliche Koaxialgetriebe sehr komplex aufgebaut und lassen nur sehr geringe
Innendurchmesser zu. Ausserdem sind herkömmliche Koaxialgetriebe sehr schwer, viel zu breit und von grossem Durchmesser im Verhältnis zur genutzten Leistung.
Zudem soll ein universeller Einsatz eines Koaxialgetriebes durch Gewährleistung von Um- und Anbauvarianten beliebiger Art unter Verwendung desselben Rumpfgehäuses und Verwendung einer Vielzahl von gleichen Bauteilen möglich sein.
Aufgabe
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Koaxialgetriebe der eingangs genannten Art zu schaffen, welches die genannten Nachteile beseitigt, welches einen grossen Innendurchmesser schafft und welches universell auch unter Gewährleistung von Um- und Anbauvarianten beliebiger Art hergestellt werden kann.
Lösung der Aufgabe
Zur Lösung dieser Aufgabe führen die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 sowie die Merkmale der nebengeordneten Patentansprüche.
Bei der vorliegenden Erfindung hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, ein Koaxialgetriebe, insbesondere ein Hohlwellengetriebe zu schaffen, welches einen grossen Innendurchmesser des Antriebselementes gewährleistet.
Im Antriebselement selbst sind eine Mehrzahl von radial nach aussen bewegbare Zahnsegmente gelagert, die dann in eine Hohlradinnenverzahnung eines Hohlrades eingreifen.
Durch eine Mehrteiligkeit von Gehäuseteilen, die sich dann an die Hohlradinnenverzahnung axial jeweils beidseitig anschliessen, lässt sich auch eine flexible Lagerung des eigentlichen Abtriebselementes zu den Gehäuseteilen und damit zur Hohlradinnenverzahnung herstellen.
Auf diese Weise lässt sich ein sehr kompaktes Koaxialgetriebe schaffen, welches einen maximal möglichen grossen Innendurchmesser bei geringem Gesamtdurchmesser mit geringer Breite aufweist, so dass hierdurch eine neue Möglichkeit geschaffen ist, ein Koaxialgetriebe in unterschiedlichsten Bereichen mit hoher Leistungsdichte einzusetzen.
In dieses Grund- und Rumpfgetriebe kann dann bspw. in das Antriebselement eine erste Vorstufe als Planetenvorstufe eingesetzt werden, die über die unterschiedlichen Antriebswellen ritzel oder, wie in einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt ist, über einen eigenständigen elektrisch koaxial innen eingesetzten Elektroantrieb angetrieben werden kann.
Ferner ist auch denkbar, dass axial anschliessend an das eine Gehäuseteil, insbesondere axial anschliessend an das Antriebselement, mit grossem
Innendurchmesser ein Hohlwellenelektroantrieb mit grosser Antriebsleistung angeschlossen werden kann, wobei ein Hohlwellenrotor mit etwa gleichem
Innendurchmesser direkt an das Antriebselement anschliessbar ist. Dieser ist dann über entsprechende Motorgehäuse und darin enthaltene Spulenwicklungen angetrieben und gelagert.
Auf diese Weise lässt sich ein Koaxialgetriebe mit sehr grossem Innendurchmesser und geringsten äusseren Durchmessern und hoher Antriebsleistung herstellen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann zwischen herkömmlichen Rumpfgetrieben bzw. Koaxialgetrieben und einem Hohlwellenelektroantrieb noch eine Vorstufe kreisringartig axial dazwischen eingesetzt sein, bevorzugt als Planetenvorstufe, so dass ebenfalls ein Hohlwellengetriebe, insbesondere Koaxialgetriebe mit Hohlwellenelektroantrieb, Vorstufe und eigentlichem Hohlwellengetriebe mit äusserst grossem Innendurchmesser gebildet werden kann.
Hierdurch können sehr hohe Momente bei sehr gross ausgebildeten Innendurchmessern des Antriebselementes übertragen werden, wobei insgesamt die Baugrösse sowie das Baugewicht des gesamten Koaxialgetriebes deutlich minimiert ist.
Figurenbeschreibung
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in
Figur 1a einen Querschnitt durch ein Koaxialgetriebe, insbesondere durch ein Hohlwellengetriebe;
Figur 1 b einen Längsschnitt durch das Koaxialgetriebe gemäss Figur 1 a;
Figur 2a einen Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Koaxialgetriebes gemäss Figur 1 b mit erfindungsgemäss eingesetzter Vorstufe;
Figur 2b einen Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Koaxialgetriebes mit koaxial eingesetzter Vorstufe und anschliessendem elektrischen Antrieb;
Figur 3 einen Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Koaxialgetriebes, ausgeführt als Koaxialgetriebe mit anschliessendem Hohlwellenelektroantrieb;
Figur 4 einen Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Koaxialgetriebes mit angeschlossenem Hohlwellenelektroantrieb und Vorstufe.
Gemäss Figur 1a weist ein erfindungsgemässes Koaxialgetriebe Ri ein Hohlrad 1 auf, welches innenliegende Zähne 2 besitzt. Innerhalb des Hohlrades 1 ist ein Abtriebselement 3 gebildet, welches eine Mehrzahl von Führungen 4 besitzt, in welchen Zahnsegmente 5 radial hin und her verschiebbar gelagert und einends mit Zahnflanken 6 versehen sind.
Innerhalb des Abtriebselementes 3 mit aufgenommenen Zahnsegmenten 5 ist ein Antriebselement 7, ausgebildet als Hohlwelle, vorgesehen, welches eine
äussere Profilierung 8 aufweist. Die Profilierung 8 kann mit einer Kontur, mehreren unterschiedlichen Konturen oder mehreren Erhöhungen, polygon- oder nockenartig ausgebildet sein.
Wird das Antriebselement 7 bspw. rotativ um eine Mittelachse M angetrieben, so werden die einzelnen Zahnsegmente 5 radial entsprechend bedingt durch die Profilierung 8 über deren äusseren Kontur 9 nach aussen in die Zähne 2 des Hohlrades 1 bewegt. Durch die unterschiedliche Anzahl von Zähnen 2 des Hohlrades 1 zur unterschiedlichen Anzahl der Zahnsegmente 5, die teilweise in Eingriff stehen, lässt sich ein Übersetzungsverhältnis einstellen. Dabei kann die übersetzte Antriebsleistung, welche über das Antriebselement 7 eingeleitet wird, wahlweise über das Abtriebselement 3 oder das Hohlrad 1 abgeführt werden.
Wichtig dabei ist, dass entweder das Abtriebselement 3 als feststehendes Element ausgebildet und das Hohlrad 1 als Abtriebselement radial verdrehbar oder das Hohlrad 1 feststehend und das Abtriebselement 3 zur Aufnahme der Zahnsegmente 5 als reines Abtriebselement ausgebildet ist. Beide Möglichkeiten und Varianten sollen hier mit umfasst sein.
Der Aufbau des vorliegenden Koaxialgetriebes Ri in längsschnittlicher Darstellung gemäss Figur 1 b hat sich zur Erzielung eines möglichst grossen Innendurchmessers D des Antriebselementes 7 als besonders vorteilhaft erwiesen. Dabei besteht das Hohlrad 1 bei der vorliegenden Erfindung aus einem ersten Gehäuseteil 10 und einem zweiten Gehäuseteil 11 und einer Hohlradinnenverzahnung 13, welche kreisringartig ausgebildet sind.
Die beiden Gehäuseteile 10, 11 weisen eine nach innen gerichtete nach aussen geneigte Abtriebslagerfläche 12 auf. Zwischen den beiden Gehäuseteilen 10, 11 ist eine Hohlradinnenverzahnung 13 axial eingesetzt.
Über eine Mehrzahl von Befestigungselementen 14 lassen sich der erste Gehäuseteil 10 und axial die anschliessende Hohlradinnenverzahnung 13 und das daran anschliessende Gehäuseteil 11 zum eigentlichen Hohlrad 1 fest oder wiederlösbar verbinden.
Anstelle des Befestigungselementes 14 können auch Schweissverbindungen od. dgl. zur Festlegung des Gehäuseteiles 10 mit der Hohlradinnenverzahnung 13 und dem Gehäuseteil 11 dienen. Hierauf sei die Erfindung nicht beschränkt.
Zur Erzielung eines möglichst grossen Innendurchmessers D hat sich jedoch die Mehrteiligkeit des Hohlrades 1 als besonders vorteilhaft erwiesen. Zudem lassen sich unterschiedliche Hohlradinnenverzahnungen 13 unter Verwendung von gleichen oder ähnlichen Gehäuseteilen 10, 11 universell mit unterschiedlichen Grossen und Übersetzungen einsetzen, verwenden oder bei Verschleiss ggf. austauschen.
Innerhalb der Hohlradinnenverzahnung 13 sind die Zähne 2 gebildet, in welche die Zahnsegmente 5 durch rotatives Antreiben des Antriebselementes 7 eingeschoben werden können.
Dabei hat sich bei der vorliegenden Erfindung als vorteilhaft erwiesen, dass das Hohlrad 1 insbesondere über die Gehäuseteile 10, 11 über ihre nach aussen schräg geneigten Abtriebslagerflächen 12 gegenüber dem Antriebselement 7 radial und axial zentriert gelagert ist. Dabei stehen die Abtriebslager 15 flanschseitig des Antriebselementes 7 über eine Lageraufnahme 16 mit dem Abtriebselement 3 in Verbindung.
Über die Lageraufnahme 16 lassen sich stirnseitig die Abtriebslager 15 einfahren und stellen eine Lagerung im Gehäuseteil 11 , insbesondere zur Abtriebslagerfläche 12, her. Auf der gegenüberliegenden Seite werden über die umlaufende Lageraufnahme 17 die Lager 15 an der Abtriebslagerfläche 12 des Gehäuseteiles 10 abgestützt. Die Lageraufnahme 17 stützt sich am
Abtriebselement 3 ab. Auf diese Weise lassen sich durch die Mehrteiligkeit der Gehäuseteile 1 O1 11 sowie der Hohlradinnenverzahnung 13 sämtliche Bauteile gegenüber dem Abtriebselement 3 koaxial montieren, insbesondere auch bei eingesetzten Zahnsegmenten 5.
Ferner hat sich als vorteilhaft bei der vorliegenden Erfindung erwiesen, dass das Abtriebselement 3 über Antriebslager 18 gegenüber dem koaxial innenliegenden Antriebselement 7 abgestützt bzw. gelagert ist. Das Antriebselement 7 ist koaxial innerhalb des Abtriebselementes 3 über die Antriebslager 18 gelagert, wobei diese auf jeweils axial zur Profilierung 8 benachbarten Lagersitzen 19, 20 angeordnet sind. Im Bereich des Abtriebselementes 3 ist aus diesem einen Vorsprung 21 gebildet, der dem axialen Anschlag des Antriebslagers 18 dient. Das axial gegenüberliegende Antriebslager 18 ist über einen Lagerhaltering 22 gegenüber dem Abtriebselement 3 gesichert.
Auf diese Weise ist ein Koaxialgetriebe Ri geschaffen, welches einen sehr grossen Innendurchmesser D des Antriebselementes 7 zulässt und zudem einen Gesamtdurchmesser aufweist, der noch bei einer sehr geringen Breite des Koaxialgetriebes sehr gering ist. Auf diese Weise wird ein äusserst kompaktes Koaxialgetriebe geschaffen.
In Figur 2a ist im wesentlichen ein Koaxialgetriebe R2 aufgezeigt, welches von seiner Grundstruktur und seinem Aufbau dem Koaxialgetriebe Ri gemäss Figur 1 b entspricht. Unterschiedlich ist hier, dass innerhalb des Antriebselementes 7, welches ebenfalls als Hohlwelle ausgeführt ist, dieses mit einer Vorstufe 23, insbesondere der Planetenvorstufe in Eingriff steht. Dabei ist die Vorstufe 23 innerhalb des sehr gross ausgebildeten Innendurchmessers D des Antriebselementes 7 koaxial eingesetzt und lässt, bedingt durch den grossen Innendurchmesser D, eine sehr hohe Leistungsfähigkeit der Vorstufe 23 zu.
Die als Planetenvorstufe ausgebildete Vorstufe 23 greift über eine Mehrzahl von Planeten 24 in eine Innenverzahnung 25 des Antriebselementes 7 ein. Die Planeten 24 sind über einen gemeinsamen Planetenradträger 26 gelagert, der wiederum koaxial mit dem Abtriebselement 3 in Verbindung steht. Die Planeten 24 werden von einem gemeinsamen Sonnenrad 27 gekämmt. Dabei lässt sich das Moment über eine Antriebswelle 28 mit ggf. aufsitzender Klemmnabe 29, Antriebsritzel, Keilwelle, Passfeder od.dgl. antreiben. Die Antriebswelle 28 ist über ein Lager 30 gegenüber einem Lagergehäuse 31 abgestützt und steht mit dem Gehäuseteil 10 axial in Verbindung.
Von Vorteil bei der vorliegenden Erfindung ist, dass eine Vorstufe 23 koaxial innerhalb des Koaxialgetriebes R2 einsetzbar ist, und, bedingt durch den verhältnismässig gross ausgebildeten Innendurchmesser D des Antriebselementes 7, lassen sich noch sinnvolle Übersetzungsstufen, insbesondere Vorstufen 23, koaxial innerhalb des Koaxialgetriebes R2 einsetzen. Auch hier ist auf minimalem Gesamtdurchmesser des Koaxialgetriebes R2 bei minimalster Breite noch eine Integration einer Vorstufe 23 innerhalb des Koaxialgetriebes R2 möglich.
Im Ausführungsbeispiel gemäss Figur 2b ist ein Koaxialgetriebe R3 aufgezeigt, welches im wesentlichen dem Aufbau des Koaxialgetriebes R1 entspricht. In dieses ist ebenfalls wie beim Koaxialgetriebe R2 eine Vorstufe 23 als Planetenvorstufe eingesetzt. Direkt an das Sonnenrad 27 schliesst nun koaxial zumindest teilweise innerhalb des Antriebselementes 7 ein elektrischer Antrieb 32 an, um die erste Vorstufe 23, insbesondere die Planetenvorstufe, anzutreiben.
Dabei sind entsprechende Erregerspulen 33 in einem Motorgehäuse 34, welches mit dem Gehäuseteil 10 axial in Verbindung steht, angeordnet. Die Lagerung 30 der Motorwelle 35, welche auch die entsprechenden Permanentmagnete, Magnetentwicklung od.dgl., hier nicht näher gekennzeichnet, aufnimmt, stützt sich ebenfalls im Motorgehäuse 34 ab.
Wichtig bei der vorliegenden Erfindung ist, dass auch innerhalb und koaxial bedingt durch den sehr grossen Innendurchmesser D des Abtriebselementes 3 sich nicht nur die erste Vorstufe 23 sondern auch zumindest teilweise der elektrische Antrieb 32 koaxial in das Koaxialgetriebe R3 integrieren lässt.
Im Ausführungsbeispiel gemäss Figur 3 ist ein weiteres Koaxialgetriebe R4 aufgezeigt, welches im wesentlichen dem Koaxialgetriebe R1 entspricht. Es hat sich hierbei als besonders vorteilhaft erwiesen, dass sich stirnseitig in Axialrichtung an das Antriebselement 7 ein Hohlwellenelektroantrieb 36 anschliessen lässt. Der Hohlwellenelektroantrieb 36 weist ein Motorgehäuse 34 auf, welches sich stirnseitig und in Axialrichtung direkt an das Gehäuseteil 10 des Koaxialgetriebes R4 anschliessen lässt.
Innerhalb des Motorgehäuses 34 ist eine Spulenwicklung 37 als Erregerspule 33 vorgesehen, um einen Hohlwellenrotor 38 mit Permanentmagneten od. dgl. anzutreiben. Der Hohlwellenrotor 38 schliesst unmittelbar an das Antriebselement 7 des Koaxialgetriebes R4 an. Er besitzt im wesentlichen den gleichen Innendurchmesser D wie das Antriebselement 7.
Stirnseitig ist der Hohlwellenrotor 38 über ein Lager 30 gegenüber dem Motorgehäuse 34 abgestützt. Zudem kann an den Hohlwellenrotor 38 eine Messwelle 39, die eine Drehbewegung zu einem Sensorelement 40 überträgt, und/oder Bremse anschliessen.
Besonders vorteilhaft ist hier, dass auch durch die Gewährleistung eines möglichst grossen Innendurchmessers D Hohlwellenelektroantriebe 36 verwendet werden können, die den gleichen oder ähnlichen Querschnitt aufweisen und eine sehr hohe Antriebsleistung der gesamten Antriebseinheit gewährleisten.
Im Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gemäss Figur 4 ist ein Koaxialgetriebe R5 aufgezeigt, welches in etwa dem Koaxialgetriebe R4 gemäss Figur 3 entspricht. Unterschiedlich ist hier, dass zwischen Hohlwellenelektroantrieb 36 und Koaxialgetriebe eine Vorstufe 23, insbesondere eine Planetenvorstufe kreisringartig axial dazwischen angeordnet ist.
Dabei kämmt ein hohlwellenartig ausgebildetes Sonnenrad 27 eine Mehrzahl von Planeten 24, die mit einer Innenverzahnung 25 eines weiteren Gehäuseteiles 41 in Eingriff stehen, wobei die Mehrzahl der Planeten 24 über einen gemeinsamen kreisringartig angeordneten Planetenradträger 26 geführt werden. Der Planetenradträger 26 steht mit dem Antriebselement 7 in Verbindung. Das als Hohlwelle ausgeführte Sonnenrad 27 ist über zusätzliche Lager 42 gegenüber dem Antriebselement 7 abgestützt.
Zusätzlich ist der Hohlwellenrotor 38 über zwei stirnseitige Lager 30 gegenüber dem Rotorgehäuse 34 abgestützt, so dass gleichzeitig eine stirnseitige Lagerung des hohlwellenartigen Sonnenrades 27 gewährleistet wird.
Bei der vorliegenden Erfindung hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dass kreisringartig, axial zwischen Hohlwellenelektroantrieb 36 und dem Gehäuseteil 10 des ursprünglichen Koaxialgetriebes R5 umlaufend zur Gewährleistung eines grossen Innendurchmessers D eine erste Vorstufe 23, insbesondere Plantetenstufe, eingesetzt ist. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass im kleinsten Bauraum bei geringstmöglichem Aussendurchmesser unter Gewährleistung eines maximal erzielbaren Innendurchmessers D ein Koaxialgetriebe R5 geschaffen ist, welches mit einer Vorstufe 23 ausgestattet ist.
DR. WEISS & ARAT
Patentanwälte European Patent Attorney
Aktenzeichen: P 3619/PCT Datum: 31.03.2008 W/Ml
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